Electrolytic hydrogen offers a promising alternative for long-term energy storage of renewable energy (RE). A stand-alone RE system based on energy storage as hydrogen has been developed and installed at the Hydrogen Research Institute, and successfully tested for autonomous operation with developed control system and power conditioning devices. The excess energy produced, with respect to the load requirement, has been sent to the electrolyzer for hydrogen production. When energy produced from the RE sources became insufficient, with respect to the load requirement, the stored hydrogen was fed to a fuel cell to produce electricity. The RE system components have substantially different voltage-current characteristics and they are integrated through power conditioning devices on a dc bus for autonomous operation by using a developed control system. The developed control system has been successfully tested for autonomous operation and energy management of the system. The experimental results clearly indicate that a stand-alone RE system based on hydrogen production is safe and reliable.

This paper presents investigations on the long-term cycling stability as well as the thermal stability of the hydriding–dehydriding properties of nanostructured MgH2 with 0.2 mol.% Cr2O3 catalyst additions synthesized by ball milling. The hydrogen charge and discharge stability of the nanocomposite hydride has been tested at 300 °C for up to 1000 cycles. Between the first and the 500 or 1000 cycle, an increase of hydrogen storage capacity by about 8% is observed in dynamic and pcT measurements. This is attributed to structural relaxations and crystallite growth. While absorption kinetics remain almost as fast as in the first cycle, the kinetics curves show a significant and systematic slow-down of the desorption rates by about a factor of four. Evaluation of X-ray patterns before and after 1000 cycles reveals crystallite growth from initially 21 nm to 84 nm after 1000 cycles. This microstructural coarsening during cycling may explain the decreasing desorption rate of the nanocrystalline magnesium based composite. Annealing experiments of the as-milled material show, that the microstructural coarsening is rather slow at temperatures up to 350 °C, while exposure to 400 °C over 55 h leads to coarsening of the crystallite size and concomitant loss of the excellent kinetic properties.

We have investigated the effect of prolonged cycling on the hydriding/dehydriding properties and on the structure of nanocrystalline MgH2–V composite produced by high-energy ball milling. The hydrogen charge and discharge kinetics of the nanocomposite hydride were tested at 300°C using up to 2000 cycles. Pressure composition isotherms at 300°C were also carried out. The nanocomposite exhibits good reversibility in its hydrogenation/dehydrogenation curves after 2000 cycles. The results show some improvements in hydrogen capacity during cycling; this enhanced H-solubility is believed to be the result of structural relaxation. The sample resistance to hydrogen decrepitation was also evaluated via additional experiments involving SEM, BET specific surface area and X-ray crystal structure characterisations. These observations indicate that the nanostructured Mg-based composite does not decrepitate much upon cycling. However, a slight deterioration in the discharge rate of the nanocrystalline magnesium hydride is observed, apparently related to the crystal growth during cycling.

The use of metal hydride technology in hydrogen compression applications requires thorough knowledge of important thermophysical and sorption properties of selected hydrogen absorbing alloys. Three intermetallics, LaNi4.8Sn0.2, LmNi4.9Sn0.1 and MmNi4.7Al0.3 were selected among various alloys of the AB5 family for use in a thermal hydrogen compressor and allow us to reach an outlet pressure of 20 atm. In this context, pressure–composition isotherms (PCT) at various temperatures included in the thermal operation range of the compressor were measured for the three alloys. Differential scanning calorimetry was used to determined their specific heats and effective thermal conductivities. A LaNi4.8Sn0.2 sample was also cycled 1000 times to test for its long term stability, and no significant change in sorption properties was detected, except for a small decrease of 0.05% hydrogen weight in total capacity and a small hysteresis reduction.

Metal hydride thermal compression is a reliable process to compress hydrogen without contamination. We report on the development of a three-stage metal hydride hydrogen compressor. It will compress a part of the hydrogen produced by an electrolyser and will recycle the heat released by the electrolytic cells as its principal energy supply. This compressor will raise the hydrogen pressure from 1 to 20 atm, using three hydride compression stages working between 20 and 80 °C. This paper describes the design of the prototype and its connections with the electrolyser. We present our data on the AB5 hydride materials that have been characterized and selected. Also, the construction of a lightweight hydride bed reservoir, developed specially for this application, preliminary results on heat transfer, reaction rate and efficiency, are discussed.

In this paper, we present our recent results on the effect of moisture during prolonged cycling on hydrogen storage properties of nanostructured MgH2 hydride with V and Ti catalysts additions synthesized by ball milling. The hydrogen charge and discharge stability of the nanocomposite hydride has been tested at 300°C for up to 1000 cycles under hydrogen containing 101ppm moisture. Between the first and the 500th or 1000th cycle, an increase of hydrogen storage capacity by about 5% is observed in dynamic and PCT measurements. This could be due to structural relaxations. While absorption kinetics remain fast, the results show a significant and systematic slow-down of the desorption rates by about a factor of two during cycling. The X-ray diffraction patterns of nanocomposite performed before and after 1000 cycles reveal that the peak shape for magnesium remains unchanged indicating that the crystal growth is negligible. This microstructural stability during cycling suggests that the decreasing desorption rate of the nanocrystalline magnesium-based composite is not induced by any internal structural modification. On the other hand, the presence of moisture in the hydrogen gas during cycling induces surface effects which most likely cause the decrease of the hydrogen discharge flow rate.

Hydrogen storage using reversible lightweight metal hydrides can open the way towards hydrogen utilization for energy applications like car fuel. Magnesium-nickel alloys are the most promising lightweight materials which offer a favorable volumetric hydrogen storage density. For a vehicular application, a prime consideration is the stability of the hydrogen absorbing/desorbing capacity of the hydride when it is subjected to a large number of absorption/desorption cycles. In order to estimate if magnesium-nickel alloys would be attractive candidates for practical hydrogen storage systems, a new and rapid experimental device was designed for fast continuous evaluation of the cyclic charge and discharge stability of the intermetallic compound Mg2Ni over a relatively large number of cycles. Repetitive hydriding and dehydriding of a metal alloy is simply performed by cycling the sample from the high-pressure circuit used for absorption to the low pressure circuit having enough volume to receive the hydrogen discharge. Simultaneously the sample holder containing the hydride may be alternated from the low temperature furnace for absorption to the high temperature furnace for desorption. The cycling stability of commercial crystalline Mg2Ni alloy was tested at 300°C over up to 2700 cycles. Periodically during the cycling experiments, we have also performed measurements of the dynamic hydrogen absorption/desorption; these were done at the reaction temperatures of 250°C and 300°C, respectively. Moreover, pressure composition isotherms at 300°C measurements were also carried out. The cycling effect was also evaluated via additional experiments involving SEM, Brunauer-Emmett-Teller (BET) specific surface area, specific heat and X-ray crystal structure analysis.

In this work, we present the results of the investigation of the effect of prolonged cycling on the hydriding/dehydriding properties and on the structure of nanocrystalline MgH2−V composite under hydrogen containing 110 ppm of carbon monoxide. The hydrogen charge and discharge kinetics of the nanocomposite hydride were examined at 300 °C using up to 1000 cycles. Pressure composition isotherm measurements at 300 °C were also carried out. The measured kinetics curves show a significant and systematic slowing down of the absorption and desorption rates and, consequently, a decreased amplitude and delayed heat transfer signals in the reaction temperature curves. Associated with this effect, we observe an enlargement of the pressure hysteresis and a gradual enhancement of the plateau slopes. The results also show some loss in the hydrogen storage capacity of the composite during cycling. The X-ray crystal structure analysis after 1000 cycles reveals that the degradation of the hydriding and dehydriding properties of the sample is related to the crystal growth and the formation of MgOx phases.

The hydrogen storage properties and the thermal cyclic charge and discharge capability of the nanocrystalline Mg2Ni alloy powder prepared by high energy ball milling are examined to evaluate the potential use of these materials in vehicular applications. Repetitive hydriding and dehydriding of nanocrystalline Mg2Ni alloy is performed at different cycling temperatures and pressures of absorption and desorption. It was found that the cycling did not affect the kinetic rates of absorption/desorption. X-ray crystal structure analysis and pressure concentration isotherms of the alloy, after initial activation and after 2100 cycles, reveal significant changes in the dynamic phase structure and the thermodynamic properties. In addition to these experiments, we have also performed scanning electron microscopy, Brunauer Emmett-Teller (BET) specific surface area and specific heat characterizations. These have indicated that the changes in volume during the 2100 hydriding/dehydriding cycles do not produce severe decrepitation. However, inherent deterioration in the charge capacity of the alloy, apparently related to the formation of the MgNi2 phase, was observed.

In this work, we have investigated the hydriding/dehydriding properties and the effect of prolonged cycling done under pure hydrogen on the performance of nanostructured Mg-V-Ti composite synthesised by ball milling. The hydrogen charge and discharge characteristics of the nanocomposite hydride has been tested at 300°C using up to 1000 cycles. The comparison of the hydriding/dehydriding kinetics and the pressure-concentration-isotherms curves, measured before and after 1000 cycles, reveals no significant change in the kinetics and thermodynamic properties of the MgH 2 -V-Ti composite. However, a clear improvement in the cyclable hydrogen capacity was observed. SEM, X-ray and BET specific surface area characterisations reveal that the nanocrystalline Mg based composite exhibits an improved decrepitation resistance upon cycling.